《精编》关系数据库详细概述

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1、第二章关系数据库 2 1关系模型概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6小结 关于关系数据库的几个问题 1 如何表达data本身 2 如何表达数据间的联系 3 能表达哪些完整性约束 4 完整性约束如何设定 5 完整性约束的效果 6 如何进行关系模型的DB设计 关系数据库简介 系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E F Codd1970年提出关系数据模型E F Codd ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks CommunicationoftheACM 1970 之后 提出了关系代数和关系演算的概念19

2、72年提出了关系的第一 第二 第三范式1974年提出了关系的BC范式关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据80年代后 关系数据库系统成为最重要 最流行的数据库系统 典型实验系统SystemRUniversityINGRES典型商用系统ORACLESYBASEINFORMIXDB2INGRES 2 1关系模型概述 关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统关系模型的组成关系数据结构关系操作集合关系完整性约束 1 关系数据结构 单一的数据结构 关系现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示数据的逻辑结构 二维表从用户角度 关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 2 关系操作集合 1 常用的关

3、系操作2 关系操作的特点3 关系数据语言的种类4 关系数据语言的特点 1 常用的关系操作查询选择 投影 连接 除 并 交 差数据更新插入 删除 修改查询的表达能力是其中最主要的部分 2 关系操作的特点集合操作方式 即操作的对象和结果都是集合 非关系数据模型的数据操作方式 一次一记录文件系统的数据操作方式 3 关系数据语言的种类关系代数语言用对关系的运算来表达查询要求典型代表 ISBL 关系数据语言的种类 续 关系演算语言 用谓词来表达查询要求元组关系演算语言谓词变元的基本对象是元组变量典型代表 APLHA QUEL域关系演算语言谓词变元的基本对象是域变量典型代表 QBE具有关系代数和关系演算双

4、重特点的语言典型代表 SQL 4 关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成用户不必用循环结构就可以完成数据操作能够嵌入高级语言中使用关系代数 元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价 3 关系的三类完整性约束 实体完整性通常由关系系统自动支持参照完整性早期系统不支持 目前大型系统能自动支持用户定义的完整性反映应用领域需要遵循的约束条件 体现了具体领域中的语义约束用户定义后由系统支持 2 2关系数据结构 关系模型建立在集合代数的基础上关系数据结构的基本概念关系关系模式关系数据库 2 2关系数据结构 2 2 1关系2 2 2关系模式2

5、2 3关系数据库 2 2 1关系 域 Domain 2 笛卡尔积 CartesianProduct 3 关系 Relation 域 Domain 域是一组具有相同数据类型的值的集合 例 整数实数介于某个取值范围的整数长度指定长度的字符串集合 男 女 介于某个取值范围的日期 2 笛卡尔积 CartesianProduct 1 笛卡尔积给定一组域D1 D2 Dn 这些域中可以有相同的 D1 D2 Dn的笛卡尔积为 D1 D2 Dn d1 d2 dn di Di i 1 2 n 所有域的所有取值的一个组合不能重复 例给出三个域 D1 SUPERVISOR 张清玫 刘逸 D2 SPECIALITY 计

6、算机专业 信息专业 D3 POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏 则D1 D2 D3的笛卡尔积为 D1 D2 D3 张清玫 计算机专业 李勇 张清玫 计算机专业 刘晨 张清玫 计算机专业 王敏 张清玫 信息专业 李勇 张清玫 信息专业 刘晨 张清玫 信息专业 王敏 刘逸 计算机专业 李勇 刘逸 计算机专业 刘晨 刘逸 计算机专业 王敏 刘逸 信息专业 李勇 刘逸 信息专业 刘晨 刘逸 信息专业 王敏 2 元组 Tuple 笛卡尔积中每一个元素 d1 d2 dn 叫作一个n元组 n tuple 或简称元组 3 分量 Component 笛卡尔积元素 d1 d2 dn 中的每一个值di叫作一个

7、分量 4 基数 Cardinalnumber 若Di i 1 2 n 为有限集 其基数为mi i 1 2 n 则D1 D2 Dn的基数M为 在上例中 基数 2 2 3 12 即D1 D2 D3共有2 2 3 12个元组 5 笛卡尔积的表示方法笛卡尔积可表示为一个二维表 表中的每行对应一个元组 表中的每列对应一个域 在上例中 12个元组可列成一张二维表 3 关系 Relation 1 关系D1 D2 Dn的子集叫作在域D1 D2 Dn上的关系 表示为R D1 D2 Dn R 关系名n 关系的目或度 Degree 注意 关系是笛卡尔积的有限子集 无限关系在数据库系统中是无意义的 由于笛卡尔积不满足

8、交换律 即 d1 d2 dn d2 d1 dn 但关系满足交换律 即 d1 d2 di dj dn d1 d2 dj di dn i j 1 2 n 解决方法 为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性 例在表2 1的笛卡尔积中取出有实际意义的元组来构造关系关系 SSP SUPERVISOR SPECIALITY POSTGRADUATE 关系名 属性名假设 导师与专业 n 1 导师与研究生 1 n于是 SSP关系可以包含三个元组 张清玫 信息专业 李勇 张清玫 信息专业 刘晨 刘逸 计算机专业 王敏 2 元组关系中的每个元素是关系中的元组 通常用t表示 3 单元关系与二元关系当n 1

9、时 称该关系为单元 目 关系 Unaryrelation 当n 2时 称该关系为二元 目 关系 Binaryrelation 4 关系的表示关系也是一个二维表 表的每行对应一个元组 表的每列对应一个域 5 属性关系中不同列可以对应相同的域 为了加以区分 必须对每列起一个名字 称为属性 Attribute n元 目 关系必有n个属性 6 码候选码 Candidatekey 若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组 则称该属性组为候选码在最简单的情况下 候选码只包含一个属性 在最极端的情况下 关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码 称为全码 All key 主码若一个关系有多个候选码 则选

10、定其中一个为主码 Primarykey 候选码的诸属性称为主属性 Primeattribute 不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性 Non keyattribute 7 三类关系基本关系 基本表或基表 实际存在的表 是实际存储数据的逻辑表示查询表查询结果对应的表视图表由基本表或其他视图表导出的表 是虚表 不对应实际存储的数据 8 基本关系的性质 列是同质的 Homogeneous 每一列中的分量是同一类型的数据 来自同一个域 不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性不同的属性要给予不同的属性名 上例中也可以只给出两个域 人 PERSON 张清玫 刘逸 李勇 刘晨 王敏专业 SPECI

11、ALITY 计算机专业 信息专业SSP关系的导师属性和研究生属性都从PERSON域中取值为了避免混淆 必须给这两个属性取不同的属性名 而不能直接使用域名 例如定义 导师属性名为SUPERVISOR PERSON 或SUPERVISOR 研究生属性名为POSTGRADUATE PERSON 或POSTGRADUATE 列的顺序无所谓列的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品 如ORACLE 增加新属性时 永远是插至最后一列但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如FoxPro仍然区分了属性顺序 任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如 Orac

12、le FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同的元组 除非用户特别定义了相应的约束条件 行的顺序无所谓行的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品 如ORACLE 插入一个元组时永远插至最后一行但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如FoxPro仍然区分了元组的顺序 分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分的数据项 这是规范条件中最基本的一条 2 2关系数据结构 2 2 1关系2 2 2关系模式2 2 3关系数据库 2 2 2关系模式 1 什么是关系模式2 定义关系模式3 关系模式与关系 1 什么是关系模式 关系模式 RelationSchema 是型关系是值关系模式是对关系的描述元

13、组集合的结构属性构成属性来自的域属性与域之间的映象关系元组语义以及完整性约束条件属性间的数据依赖关系集合 2 定义关系模式 关系模式可以形式化地表示为 R U D dom F R关系名U组成该关系的属性名集合D属性组U中属性所来自的域dom属性向域的映象集合F属性间的数据依赖关系集合 例 导师和研究生出自同一个域 人 取不同的属性名 并在模式中定义属性向域的映象 即说明它们分别出自哪个域 dom SUPERVISOR PERSON dom POSTGRADUATE PERSON PERSON 关系模式通常可以简记为R U 或R A1 A2 An R关系名A1 A2 An属性名注 域名及属性向域

14、的映象常常直接说明为属性的类型 长度 3 关系模式与关系 关系模式对关系的描述静态的 稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的 随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系通过上下文加以区别 2 2关系数据结构 2 2 1关系2 2 2关系模式2 2 3关系数据库 2 2 3关系数据库 1 关系数据库2 关系数据库的型与值 1 关系数据库 在一个给定的应用领域中 所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库 2 关系数据库的型与值 关系数据库也有型和值之分关系数据库的型称为关系数据库模式 是对关系数据库的描述若干域的定义在这些域上定义的若干关系模式关系数据库的值是这些关系模式在某

15、一时刻对应的关系的集合 通常简称为关系数据库 第二章关系数据库 2 1关系模型概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6小结 2 3关系的完整性 关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件 关系模型中三类完整性约束 实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件 被称作是关系的两个不变性 应该由关系系统自动支持 2 3 1实体完整性 实体完整性规则 EntityIntegrity 若属性A是基本关系R的主属性 则属性A不能取空值例SAP SUPERVISOR SPECIALITY POSTGRADUATE POSTG

16、RADUATE属性为主码 假设研究生不会重名 则其不能取空值 关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 1 实体完整性规则是针对基本关系而言的 一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系 2 现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的 即它们具有某种唯一性标识 3 相应地 关系模型中以主码作为唯一性标识 关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 续 4 主码中的属性即主属性不能取空值 空值就是 不知道 或 无意义 的值 主属性取空值 就说明存在某个不可标识的实体 即存在不可区分的实体 这与第 2 点相矛盾 因此这个规则称为实体完整性 注意实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值例选修 学号 课程号 成绩 学号 课程号 为主码 则两个属性都不能取空值 2 3 2参照完整性 1 关系间的引用2 外码3 参照完整性规则 1 关系间的引用 在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的 因此可能存在着关系与关系间的引用 例1学生实体 专业实体以及专业与学生间的一对多联系学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 专业 专业号 专业名 学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 专业 专业号 专